Astaxanthin은 무엇에 좋습니까?

현재 양식장에 첨가되는 주요 색소는 천연색소와 화학적으로 합성된 카로티노이드이다.천연색소는 카로티노이드와 루테인이 풍부한 동물, 식물, 미생물의 추출물을 말한다.화학적으로 합성된 카로티노이드에는 카로티노이드와 루테인이 있다.아스타잔틴은 자연적으로 추출할 수도 있고 화학적으로 합성할 수도 있다.카로티노이드의 산소를 함유한 유도체로서 현재 양식업에서 가장 널리 사용되는 사료색소의 하나이다.이 글에서는 astaxanthin의 구조, 특성, 생산 방법, 양식업에서의 응용 효과 및 개발 전망에 대해 설명합니다.

astaxanthin의 구조 및 물리적, 화학적 특성 1

Astaxanthin새우 옐로우 (shrimp yellow) 라고도 하며 화학명은 3,3&이다#39;-dihydroxy-4, 4'-dione-beta, beta'-카로틴-분자식 C40 H52 O4.2개의 히드록시기 (-OH)와 2개의 케토기 (=O)를 함유한 케토형 카로틴이다.자연계의 대부분은 에스테르로 존재한다.

아스타잔틴은 분홍색을 띤 산소를 함유한 유기화합물이다.물에는 녹지 않지만, 대부분의 유기용매에는 녹는다.산, 산소, 고온, 자외선이 있으면 불안정하며 쉽게 산화, 분해된다.

2. Astaxanthin 생산 방법

아스타잔틴 생성 방법에는 자연 추출과 화학 합성 두 가지 주요 방법이 있습니다.

2.1 아스타잔틴 천연채취

천연 아스타잔틴은 특정 동물, 조류 및 미생물에서 종종 발견된다.그것의 생산은 동물 및 그 부산물로부터의 추출, 조류로부터의 추출 및 미생물 발효로 나눌 수 있다.

2.1.1 동물 및 그 부산물에서 추출

아스타잔틴은 수생동물의 체내와 연체동물의 껍질에 널리 분포되어 있다 (Goodwin, 1984).이 동물들은 아스타잔틴 자체를 합성할 수 없으며, 몸속의 모든 아스타잔틴은 음식물 (주로 물속의 조류)에서 나온다.karrer 등 (1932)이 게의 알에서 처음 아스타잔틴을 추출한 후, 갑각류 수산물 (새우,게)의 부산물이 천연 아스타잔틴의 주요 공급원이 되어 왔다.노르웨이에서는 으깬 새우 껍질에서 산 또는 효소 가수분해를 통해 아스타잔틴을 추출한 뒤 유기용매로 추출한다.수율은 약 150 mg/kg에 도달 할 수 있으며, 추출 된 색소의 아스타잔틴 함량은 90% 이상이다.그러나 대부분의 새우 및게 부산물에 함유된 색소 함량이 80~200 mg/kg에 불과할 정도로 낮고, 추출비용이 높기 때문에이 방법은 상업생산에 적합하지 않으며 개발 가능성이 거의 없다.

해조류에서 채취 2.1.2

다음과 같은 질소가 결핍된 환경에서 자라는 많은 조류헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)는 아스타탄틴을 생산하는 중요한 세균이다그리고 큰 상업적 생산 가능성을 가지고 있다고 여겨진다.이 해조류를 재배하는 동안 질소원이 부족하면 아스타잔틴이 해조류에 축적될 수 있으며, 건조물 중의 아스타잔틴 함량은 0.5%에서 2.0%에 달하여 (LWoFF et al., 1930) 전체 카로티노이드의 90% 이상을 차지한다.

 또한 Chlorococcus SP는 고온에 잘 견디고 pH 값이 극악하여 성장이 빠르다.(LWoFF et al., 1930), 전체 카로티노이드의 90% 이상을 차지한다.또한 chloroccum SP는 고온내식성, 극한 pH 내식성, 빠른 생장속도, 야외재배의 용이성 등의 장점을 가지고 있다.대규모 아스타잔틴 생성 가능성이 큰 조류로 간주된다 (Nelis et al., 1991).그러나 일반적으로 조류는 독립영양주기가 길고 수질, 환경, 빛에 대한 요구량이 높아 대규모 생산에 한계가 있다.또한 Haematococcus pluvialis의 astaxanthin의 87%는 에스테르화 상태로 존재하는데, 일부 동물에서는 잘 흡수되지 않고 침전되어 있다 (Kvalheim et al., 1985).이 모든 요인들은 해조류를 이용한 아스타잔틴의 대규모 생산에 영향을 미친다.

2.1.3 미생물 발효

astaxanthin을 생산하는 것으로 알려진 미생물로는 lacticola (Mycobacterium lacticola), Brevibacterium 103 (Brevibacterium 103), 곰팡이 (Pha""ia rhodozyma) 등이 있다.이 중 Mycobacterium lacticola는 astaxanthin을 탄화수소 매체에서만 생산할 수 있을 뿐 영양가 (agar) 에서는 생산할 수 없으며, Brevibacterium 103은 석유에서 자라야 한다.발효말기에 아스타잔틴의 생성은 0.03 mg/g 이하이므로 둘다 실질적인 의미는 없다.

헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)는 아스타잔틴의 산업 생산에 가장 가치 있는 미생물로 여겨진다.1970년 미국 알래스카, 미국 홋카이도 및 일본 홋카이도의 산간지역의 낙엽활엽수로부터 처음으로 분리되었으며 (Andrewes et al., 1976), 이후 fungus Basidiomycota의 한 속으로 확인되었다.하푸 효모는 같은 속의 다른 효모와는 달리 호기성이며 당을 발효시킬 수 있다.이것은 10개 이상의 종류의 카로 티 노이 드를 생산 하여, 되는 주요한 것 astaxanthin, β-carotene, 그리고"-carotene.야생균류의 아스타잔틴 함량은 40%에서 95%에 달한다.그러나 야생 한세니아스포라 효모의 카로티노이드 총량은 일반적으로 건효모 500 mg/kg을 넘지 않으며, 효모 세포벽은 매우 두꺼워 동물이 벽을 깨지 않고서는 소화, 흡수하기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근 국내외 학자들은 생산량이 많은 astaxanthin 균주의 육종과 효모 세포벽 파괴에 대해 심도 있는 연구를 진행하였으며 기꺼운 성과를 거두었다.예를 들어, 알콜 폐액 배양액을 이용하여 줄기세포 1kg 당 카로티노이드 (Rhodotorula glutinis NRRLY-17269, JB2, 2100~2270 mg)의 돌연변이 균주를 선별하였다 (본 등, 1997).Calo 등 (1995)의 연구에서 효모 파피아의 돌연변이 균주는 astaxanthin 함량이 23% 증가되어 1500 mg/kg의 줄기세포에 도달하였다.중국의 연구자들은이 세포에 산열을 가하여 세포벽을 깬 다음 아세톤으로 아스타잔틴을 추출하여 더 좋은 결과를 얻었다.또 다른 방법은 바실러스 순환기에서 분비되는 효소를 효소적으로 이용해 질긴 세포벽을 무너뜨리는 것이다.해외에서는 이미 미국의 Red star 회사와 같이 Haver 효모를 astaxanthin의 공업생산에 사용하는 기업들이 있는데, 효모 색소 함량이 3000-4000 g/t dry yeast;Igene Biotechnology 사는 아스타잔틴 함량이 최대 8000 g/t인 제품을 보유하고 있다.

2.2 화학적 합성

이변환의 β-carotene을 astaxanthin2개의 케톤기와 2개의 히드록시기를 첨가해야 한다.화학적 합성은 어렵고 생성되는 아스타잔틴의 대부분은 cis 구성에 있다.현재까지 화학 합성을 이용해 아스타잔틴을 산업 규모로 생산한 회사는 스위스 호프만라 로슈 (Hoffmann-La Roche) 가 유일하며, 카로필핑크 (Carophyll Pink) 라는 상표명으로 판매하고 있다.발효에 의해 생성되는 아스타잔틴이 함량이 낮으므로 화학적으로 합성한 아스타잔틴이 경쟁우위를 가진다.아스타잔틴의 합성에는 여러 화학적 반응과 생물촉매 반응이 수반되는데, 생물촉매 반응은 중간체 내의 탄소 원자의 입체화학이나 산소 원자 위의 치환기의 위치를 결정한다.화학 합성의 주요 전구체는 (S)-3-아세틸-4-옥소 베타-오논으로, 다른 미생물에 의해 (R)-테르펜 알코올 아세테이트를 비대칭 가수분해하여 추출, 역류 한 다음 추출, 역류 등의 기술 공정을 거쳐 얻어집니다.

3. astaxanthin의 응용 효과

3.1. astaxanthin의 착색 효과

Astaxanthin은 카로티노이드 합성의 종착점이다.동물 체내에 들어간 후에는 변형이나 생화학적 변형 없이 조직에 직접 저장될 수 있어 (Bjorndahl, 1990) 일부 수생동물의 피부와 근육에 건강하고 활기찬 색을 띠게 하며, 달걀과 가금류는 건강한 금황색 또는 빨간색으로 보인다.비록 β-carotene astaxanthin으로 전환 될 수 있의 갑각류, 해양 생물을 그것의 대부분은 비타민 A로 전환, 가난 한 색소 시키는 효과 가 있 는데, 그것은 색 하지는 않는다 흔 한 수 생 동물들과 새들이이다.산소가 있는 카로티노이드의 유도체 (xanthophylls) 만이 계란 노른자에 색을 내는 능력을 가지고 있으며 (Olson, 1989), 디히드록시와 디케톤 카로티노이드 (astaxanthin)는 모노히드록시, 모노케톤 또는 에폭시 카로티노이드보다 계란 노른자에 강한 착색효과를 가지고 있다 (Braeunlich, 1978).

Olsen 등 (1994)이 북극채에 astaxanthin을 첨가하였을 때, 어류의 홍조도는 첨가된 astaxanthin의 양과 양의 상관관계가 있으며, 70 mg/kg의 복용은 색소가 형성되는 안정된 기간을 가진다는 것을 발견하였다.Choubert 등 (1996)은 효모에서 추출한 아스타잔틴 100 mg/kg을 무지개송어 사료에 첨가하였을 때 무지개송어 근육의 카로티노이드 함량이 증가하였다고 하였다.Kamada 등 (1990)은 0을 함유 하는 calendula 꽃잎 추출물을 첨가하였다.무지개송어 사료에서 1% 아스타산틴 함유 마리골드 꽃잎 추출물은 fish& 뿐만 아니라#39;s epiboly는 노란색으로 변하지만 근육의 astaxanthin 함량도 증가하였다.Li Zhansheng (1993)은 astaxanthin이 연어와 무지개송어 사료에서 선호되는 색소라고 믿는다.

면역기능 강화에 아스타잔틴의 역할 3.2

아스타잔틴은 항체 생성 촉진, 동물의 면역 기능 강화, 활성산소의 생성 억제 등에 중요한 역할을 하는 우수한 항산화 물질이다.미키 (1991년)의 항 산화 용량을 다는 것을 발견 astaxanthin은 10배의 β-carotene와 100배의 비타민 e의이 러한 기능은 개인의 생존과 건강을 개선하 는데 도움을 줄 astaxanthin 동물이다.연구에 따르면 바위가재의 사료에 50 mg/kg의 아스타잔틴을 첨가하면 새우의 생존율, 체중 증가 및 사료 전환율을 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.

3. 3 Astaxanthin', 성장과 재생산을 촉진하는 역할

수생 동물의 알에는 아스타잔틴이 다량 함유되어 있다.이러한 높은 수준의 아스타잔틴은 빛에 대한 물고기의 민감도를 낮추고 물고기의 성장과 번식을 촉진시킬 수 있다 (리생잔, 1993).또한 어란의 수정을 촉진하고, 배아 발육의 사망률을 낮추고, 개인의 성장을 가속화하며, 성숙과 수태 속도를 높이는 호르몬의 역할을 할 수 있다 (Torrissen et al., 1994).아스타잔틴은 또한 가금류의 달걀 생산율을 높일 수 있다.

아스타잔틴의 적용을 위한 연구 방향 4

Astaxanthin은 우수한 사료 착색제로서 양식 산업에 응용 전망이 좋습니다.최근 국내외에서 아스타잔틴에 대한 수요가 증가하고 있다.매년 전 세계적으로 무지개송어 양식에는 100톤의 아스타잔틴이 사용되고 있으며, 그 가치는 1억 8500만 달러에 달하며, 시장 잠재력이 상당하다.

아스타잔틴 생산 기술에 대한 연구 4.1

헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)를 이용한 아스타잔틴 (astaxanthin)의 대규모 생산은 앞으로의 발전 방향이다.높은 수준의 astaxanthin을 생산하는 균주의 선발, 최적 발효조건의 조절, 발효과정의 개선, 유전자 변형 기술의 이용 및 수확량 증대 및 생산비 절감을 위한 저렴한 발효 원료의 선정, astaxanthin의 이용률을 높이기 위한 적절한 세포벽 파괴 기술의 선정 등은 모두 추가적인 연구가 필요한 주제들이다.

아스타잔틴의 적용 확대를 위한 연구 4.2

현재 양식업과 양계업에서 아스타잔틴의 응용에 대한 연구가 더 많이 이루어지고 있으며, 가축업에서의 응용에 대한 보고는 상대적으로 적다.축산 분야에서 아스타잔틴의 적용 범위를 확대하는 방법은 더 많은 연구가 필요한 분야이다.예를 들면 아스타잔틴은 돼지의 사료용 착색제로 사용할 수 있는데 몸의 표면과 근육조직에 착색되는 능력을 이용하여 돼지의 피부가 윤기가 나고 근육이 혈색을 띠게 하여 돼지고기의 품질을 향상시킨다.한편 사료에 첨가되는 아스타잔틴의 양에 대한 연구가 체계적으로 이루어져야 하며, 첨가량과 착색효과와의 상관관계를 분석하여 다양한 수산물 및 가축 사료에 적절한 첨가량을 결정하여 적은 투자로 최상의 결과를 얻을 수 있도록 해야 할 것이다.

사료에서 아스타잔틴의 착색효과는 사료식, 동물의 건강 및 사육환경과 관련이 있다.사료중의 지질, 항산화제와 비타민 E는 착색제를 손상으로부터 보호할수 있으며 모두 동물의 아스타잔틴의 흡수에 리롭다.그러나 칼슘과 비타민 a를 고농도로 함유한 사료는 아스타잔틴의 침착에 영향을 줄 수 있다.또한 사료내 단백질의 종류, 지방의 산화상태, 카로티노이드 함량 및 항영양인자의 존재 등은 모두 동물내 astaxanthin의 침착에 영향을 미친다.이러한 영향 요인을 연구하면 아스타잔틴의 착색 효과를 더 잘 이용할 수 있고 사용시 손실을 줄일 수 있다.

아스타잔틴의 안전성에 대한 연구 4.3

현재 농사 중에 첨가되는 아스타잔틴의 효과에 대한 보고는 많지만, 사용 후 동물에서의 잔류 및 과도한 첨가로 인한 독성에 대한 보고는 거의 없는 실정이다.따라서 아스타잔틴의 장기 사용에 따른 안전성에 대한 연구 또한 모색되어야 할 주제이다.